Климчук Андрій

У статті наведено приклади практичного вирішення завдання вироблення екологічно чистої теплової енергії на основі поновлюваних джерел енергії (ВДЕ) на двох соціальних об’єктах.

Система ГВС їдальні університету

В якості першого об’єкта була обрана студентська їдальня Пензенського державного технологічного університету (ПензДТУ), гаряча вода в якій подавалася від двох електричних бойлерів, тому що котельня забезпечує тільки опалення корпусів університету. Загальна електрична потужність накопичувальних водопідігрівачів становила 6 кВт., а сумарна ємність – 300 л.

Для зниження споживання електричної енергії на підігрів води фахівцями університету розроблена і впроваджена в 2013-2014 рр. система гарячого водопостачання (ГВП) їдальнею на основі сонячних колекторів та теплового насоса. Схема ГВС показана на малюнку.

Система включає в себе наступні основні компоненти: шість сонячних колекторів  різної модифікації (мал. 2); тепловий насос-моноблок типу «повітря – вода» з накопичувальним баком ємністю 300 л; фотоелектричні модулі (батареї); мережевий інвертор; насосну станцію з витратоміром; датчики температури; електронний контролер з мережевим інтерфейсом.

Робота системи полягає в наступному. Гаряче повітря від кухонних електроплит вловлюється повітрозабірником теплового насоса, в якому відбувається підігрів води для побутових потреб їдальні. Температура гарячої води на виході теплового насоса в нормальному режимі роботи – не більше 60 °С. Тепловий насос, маючи коефіцієнт ефективності для таких умов 3,5 і споживану потужність 1,2 кВт.  електричної енергії, на виході видає 4,2 кВт. теплової енергії. Холодне повітря з теплового насоса по вентиляційних трубах або надсилається для охолодження варильного цеху (влітку), або видаляється назовні.

У червні 2014 року в цілях зниження кількості споживаної з централізованої мережі електроенергії в схему були введені додатково сонячні фотоелектричні модулі. Для забезпечення працездатності компресора теплового насоса, насосної станції та контролера була розроблена схема підключення їх до сонячної електростанції. Були орендовані чотири сонячні модулі потужністю 300 Вт. з системою акумулювання і перетворення електроенергії. Моніторинг протягом двох тижнів показав, що вся система працює в автоматичному режимі офлайн. Сонячна електростанція потужністю 1,2 кВт. повністю забезпечувала роботу компонентів нової системи ГВП за рахунок накопиченої в акумуляторах електроенергії.

Знаючи сонячну активність в Пензенській області можна припустити, що сонячна станція може використовуватися взимку в якості резервного джерелау випадку, коли є перебої з централізованим електропостачанням.

Після закінченню експерименту сонячна станція була демонтована і на даний момент тепловий насос та інші комплектуючі системи ГВП працюють від мережі центрального електропостачання. При подальшому фінансуванні проекту планується монтаж сонячної електростанції для забезпечення енергозбереження та автономності роботи системи ГВП.

Проведені протягом року виміри (без використання фотоелектричних модулів) показали, що основна частина теплової енергії для нагріву води проводиться сонячними колекторами, решту навантаження беруть на себе тепловий насос і трубчастий електронагрівач. На малюнку показано розподіл часток вироблення теплової енергії протягом року.

У період з березня по листопад навантаження на сонячні колектори найбільше,  а взимку протягом трьох місяців система ГВП працює в основному від теплового насоса. Винятком можуть бути ясні дні, коли висока сонячна активність. В таких умовах сонячні колектори беруть на себе незначну частину навантаження, близько 10-15%.

Ефективна теплова потужність сонячних колекторів становить від 0,8 до 1,5 кВт. Теплоносій, що знаходиться в них, нагріває через теплообмінник бака теплового насоса холодну воду, яка потім направляється в систему ГВП. Температура гарячої води на виході сонячних колекторів знаходиться в межах від 40 до 80 ° С. Колектори працюють в режимі активної циркуляції теплоносія, для чого в схемі передбачена насосна станція.

Для забезпечення роботи всіх компонентів системи в автоматичному режимі в схемі передбачена система електронного контролю та управління всіма процесами. При цьому інформація зберігається на карті пам’яті контролера і потім передається в локальну мережу університету та в інтернет. Такий підхід дозволяє стежити в режимі онлайн на інтернет-сайті університетуаза роботою системи ГВП їдальні університета, аналізувати роботу сонячних колекторів в різні періоди експлуатації, час роботи теплового насоса, витрата електроенергії і гарячої води.

Протягом першого року гарантійна експлуатація системи проводилася фірмою, яка здійснила монтаж системи. Після закінчення гарантійного сервісу, систему передали на обслуговування технічного персоналу ПензГТУ, який попередньо пройшов навчання.

Вартість обладнання за даними на 2013 рік  склала 300 тис. крб., а  вартість монтажних і пусконалагоджувальних робіт – 30 тис. крб. При загальній вартості проекту 330 тис. крб. його окупність з урахуванням інфляції тарифів становить близько 14 років.

Тривалий термін окупності визначається особливістю роботи їдальні університету і нерівномірністю графіків споживання гарячої води. Так, наприклад, річний графік залежить від канікулів студентів. У зв’язку з цим на початку лютого, в  липні і серпні відбуваються істотні спади споживання гарячої води.

Слід зазначити важливість реалізованого проекту в освітніх цілях, тому що встановлене обладнання дозволяє проводити наукові дослідження і оцінити ефективність роботи подібних систем в кліматичних умовах Пензенської області.

Система ГВС лікарні

В якості другого об’єкта була обрана Центральна районна лікарня (ЦРЛ) с. Безсонівка Пензенської області. Стара система ГВП лікарні працювала від електричних бойлерів цілорічно, в зв’язку з тим, що модульна котельня була спроектована тільки для опалення будівель і корпусів лікарні та поліклініки. Гаряча вода вироблялася двома електричними бойлерами ємністю по 500 л. кожен (загальна електрична потужність – 12 кВт.). Середньодобова витрата гарячої води – 4000 л. Опалення в осінньо-зимовий період здійснюється від існуючої модульної газової котельні. При цьому модернізація котельні для цілорічного забезпечення ГВП, а також установка в будівлі замість електричних бойлерів газових водонагрівачів визнана недоцільною або неможливою.

Відповідно до ФЗ РФ № 261 «Про енергозбереження і про підвищення енергетичної ефективності» була сформована регіональна програма розвитку енергозабезпечення, що передбачає впровадження енергосистем на основі відновлюваних джерел енергії, в яку і увійшов даний об’єкт.

Проект був реалізований в два етапи. На першому етапі в 2012 році  в ЦРЛ була встановлена ​​автоматизована сонячна водонагрівальна установка на основі шести дослідних зразків сонячних колекторів  і система управління. При цьому вона була включена в схему нагріву води одного електричного бойлера. Другий бойлер працював в штатному режимі, і вода в ньому підігрівалася теном.

Проведені дослідження виявили недоліки дослідної конструкції. Так, ГВС ЦРЛ тільки від сонячних колекторів об’єктивно не забезпечує ефективну роботу системи цілодобово і цілорічно. У той же час проведені дослідження послужили підставою для серйозного удосконалення системи і повної реалізації інноваційного проекту. Удосконалена в 2014 р схема ГВС ЦРЛ на основі ВДЕ показана на малюнку.

Система включає в себе наступні основні компоненти: 24 сонячних колектора; тепловий насос типу «повітря – вода» з повітрозабірником і баком на 500 л; додаткову ємність на 500 л; насосну станцію з витратоміром; датчики температури, електронний контролер з накопичувачем інформації на карті пам’яті.

Робота системи аналогічна роботі, розглянутої для їдальні університету. Відмінності полягають в наступному. Так як на даному об’єкті застосований тепловий насос, що складається з двох складових частин, одна з яких розміщується на стіні будівлі, друга – всередині приміщення, то і його робота залежить від температури навколишнього повітря. Дана модель насоса працює до температури -25 ° С, при цьому коефіцієнт ефективності становить від 2,8 до 4,75. При морозах нижче -25 ° С передбачений автоматичний перехід на підігрів води за допомогою трубчастих електронагрівачів вбудованих в накопичувальний бак теплового насоса. На території Пензенської області такі погодні умови досить рідкісні і не перевищують більш десяти днів в зимовий час.

У період з березня по листопад, як і в попередньому випадку, велика частина навантаження з приготування гарячої води припадає на сонячні колектори. На малюнку показано розподіл часток вироблення теплової енергії в комбінованій системі ГВС лікарні протягом року.

Слід зазначити, що конструкція сонячних колекторів була розроблена в ПензГТУ, на неї отримано патент РФ. З 2012 року сонячні колектори серійно випускаються на машинобудівному підприємстві Пензенської області, проводиться їх постійна модернізація для підвищення ефективності роботи.

Для забезпечення роботи всіх компонентів системи ГВП ЦРЛ в автоматичному режимі, в тому числі і ТЕНів, в схемі передбачена система автоматичного управління всіма процесами.

Як і на першому об’єкті гарантійна експлуатація системи проводилася фірмою, котра здійснила монтаж. Після закінчення гарантійного сервісу систему передали в обслуговування технічного персоналу лікарні, який також попередньо пройшов навчання.

Вартість обладнання за даними на 2013 рік склала 660 тис. куб., Витрати на монтажні і пусконалагоджувальні роботи – 220 тис. куб. При вартості проекту 880 тис. крб. його окупність з урахуванням інфляції тарифів становить трохи більше 5 років. Так, наприклад, річна економія в 2015 році перевищила 272 тис. крб. при середній вартості тарифу на електроенергію 5,29 крб ./ (кВт × год).

Змонтована система ГВП в розглянутої комплектації повністю, цілодобово і цілорічно забезпечує гарячою водою ЦРЛ с. Безсонівка.

Таким чином, проведені дослідження підтвердили, що використання системи ГВС, якіскладаються з сонячних колекторів, теплового насоса і, при необхідності, фотоелектричних модулів, дозволяє зняти проблему сезонності роботи сонячних установок і забезпечити високу енергоефективність і надійність роботи всієї системи.

Наприкінці 2015 року публікація в одному з блогів мережі Інтернет викликала сплеск уваги фахівців-енергетиків і всіх, хто цікавиться темою альтернативної енергетики. Справа в тому, що житель Калінінграда встановив сонячні панелі на даху свого будинку, а надлишки електроенергії, що виробляється навчився віддавати в міську електромережу, і офіційно крутити лічильник у зворотний бік. Подейкують, що це перший в країні приватний будинок, який ділиться надлишками енергії з сусідами.

Ідея жити на сонячній енергії

Я вирішив  зробити в себе в будинку сонячну електростанцію і навчитися повністю забезпечувати себе електроенергією. Плану заощадити або заробити, як роблять це німці,  собі не ставив. Мені просто сподобалася ідея жити на сонячній енергії ,ну і проект здався мені цікавим.

Мій будинок знаходиться в місті. Перебоїв з електрикою майже не стається, такі бувають вкрай рідко. Необхідності в резервному генераторі немає. Було цікаво спробувати, чи може будинок «жити» повністю автономно на сонячній енергії в нашій смузі.

Почав збирати інформацію. Перший пошук інформації багато відповідей не дав. Реальних проектів в Росії дуже мало. Хтось щось робить, але тільки як додаткові джерела живлення і на кількох панелях. В основному сонячні електростанції створюють компанії або держструктури, приватних проектів в країні дуже мало. Багато проектів знайшов на Україні. Але це дуже  південніше і сонячніше.

У поїздках по Німеччині я бачив   багато будинків, на дахах яких стояли сонячні панелі. Моя родичка живе в Берліні. Її чоловік-підприємець займається альтернативною енергетикою. У нього я докладно дізнався, як це все влаштовано в Німеччині. Німці найчастіше роблять сонячні електростанції для вигоди. Вони просто заробляють у держави, яка сплачує особливо високий тариф за вироблення сонячної електрики. Навіть кредитні лінії в банках існують під такі проекти. Але найголовніший висновок я для себе зробив. На широті Калінінграда можна забезпечувати себе сонячною енергією. Я почав підбирати обладнання.

 Вибір обладнання

Для реалізації проекту в Калінінграді я вибрав місцеву компанію, що працює в Калінінграді не один рік. Хлопці виявилися професійними і чесними. А ще, коли курс євро поліз в гору в кінці минулого року, вони самі запропонували фіксувати низький курс для завершення проекту.

Наведена  схема не забезпечує повної автономії. У нічний час електрика споживається з міської мережі. У денний час надлишок електрики скидається в міську мережу. Нема акумуляторів для безперебійної роботи тільки на сонячній енергії. Але в своїй розповіді я ще повернуся до цієї схеми, як до однієї з найбільш вигідних і простих в реалізації.

Оскільки я хотів перевести будинок повністю на сонячну енергію, до схеми додалися акумулятори і контролер .

В процесі проектування обговорювалося багато різних схем включення електростанції в домашню мережу. Деякі з них мені здалися зовсім незручними для урбанізованої людини. Загалом, я вибирав варіант підключення, який був би зовсім непомітний для сім’ї, щоб  домашні взагалі не замислювалися, звідки в розетці є  електрика і чи є зараз сонце.

Сонячні батареї підключаються до інвертора, який з постійної напруги робить змінні 220 В. Інвертор підключається до контролера, який виконує ключову розподільну роль. До нього підключаються інвертор від сонячних батарей, акумуляторні батареї та міський електричний кабель. І саме контролер постачає в мережу  будинку 220 В для використання.

Логіка роботи така. Якщо є достатньо сонця, контролер використовує сонце, якщо сонця немає або недостатньо, він добирає електрику з акумуляторів, якщо вони порожні, підключається до  міського джерела електрики. Якщо сонця більше,  ніж потрібно будинку, контролер направляє електрику на зарядку акумуляторів. Якщо вони заряджені, він спрямовує  надлишки електрики в міську мережу. В міську мережу? Гаразд, це питання я на тоді відклав. Мені сказали, що «це нереально підключитися до міста, так що будемо акумулюватинадлишки».

Так була сформована схема підключення. Далі потрібно було визначитися з потужністю сонячної електростанції і числом сонячних батареї. Скільки брати пластин?

Будинок в середньому споживає 8-10 кВт. /год. в день. Це значення вирахувано діленням рахунків за кілька місяців на 30 – не дуже точний метод, але достятній, щоб прикинути, що сонячна батарея повинна виробити стільки енергії за світлий час доби.

Мені запропонували обмежитися 10 пластинами з розрахунку, що вони будуть видавати 2,5 кВт. / год. в сонячний день і заряджатися 4-5 годин. Однак тут я засумнівався. Очевидно, що вироблення сонячної енергії безпосередньо залежить від погоди, від кута нахилу пластин до сонця і він ККД самих батарей. Повертати пластини я не зможу, а просто зможу прикріпити їх до даху на південному схилі. Сонце протягом року теж «гуляє» по висоті і нахилу, погода частенько похмура…  Загалом, я нічого не придумав кращого, як збільшити кількість пластин до 20 з запасом в два рази від розрахункового. І це було правильне рішення, як показав потім досвід.

Отже, я вибрав 20 пластин. 8 з них зорієнтував на південний схил, 2 на південний схід і 10 на східний схил (на фото). Можна було і на західний, але я вибрав схід – вирішив, що вранці більше сонця і якщо акумулятори розряджені за ніч, то зарядка почнеться швидше.

Потім почав вибирати виробника сонячних батарей. Сонячні батареї бувають двох типів: монокристалічні і полікристалічні. Вони також  відрізняються якістю виробництва. Кращі Grade A. Монокристали краще працюють в похмуру погоду. Лідером на ринку є китайська компанія Yingli. Вони виробляють найбільше пластин в світі.

Я чесно намагався знайти російські пластини. Бачив, що на космічних станціях стоять наші, їх виготовляє НПО Квант (м. Москва). Але їх сайт на той момент був жахливим, інформацію я отримати не зміг, знайти постачальників теж не зміг. Так само я відкинув всі польські та німецькі варіанти. За фактом вони виявилися з китайського кремнію або недостатньо ефективними. А крім кремнію в пластинах нічого розумного немає.

Після вивчення безлічі оглядів я вибрав Yingli YL270C-30b з монокристалів Grade A з ККД 17.2%.

Збільшення числа пластин привело до збільшення інвертора,  дивно, так? Інвертора я довго не вибирав. За порадою фахівців я вибрав лідера німецького ринку компанію SMA і їхній пристрій Sunny Boy 5000TL.

Наступний крок – контролер. Річ велика і складна. По суті, все програмування логіки роботи будинку на сонці знаходиться в ній. З фірмою я вже визначився, це компанія SMA. Перший варіант, який мені запропонували, була модель SUNNY ISLAND 6.0H. 6.0 – це пікове навантаження кВт., яке пристрій може тримати хвилин 30, здається. А нормальне навантаження для неї близько 4 кВт. Як зрозуміти, достатньо цього для будинку чи ні?

Я почав вираховувати пікове споживання в будинку. Весь будинок я давно перевів на діодні лами, тобто освітлення бере дуже мало. Якщо взагалі все включити в будинку, то максимум 500 Вт. буде. Далі великі споживачі: електричний чайник 2 кВт., електроплита 2 кВт., пральна машина, сушарка по кіловату. Я хотів, щоб сім’я не замислювалася про споживання і жила як на міській електриці. Як я не крутив, виходило, що вранці ми можемо поставити нову пралку, нічну закинути в сушарку, робити сніданок і кип’ятити воду для кави. Це не дуже частий сценарій, але цілком можливий. Буде не дуже добре, якщо будинок аварійно відключиться в цей момент. Я знову підстрахувався і взяв модель SUNNY ISLAND 8.0H на 8 кВт в пік і 6 в робочому режимі. Поки будинок ні разу аварійно не виключився через пікове споживання.

Акумулятори. З ними була ще та головоломка. Знову кілька оглядів, графіки живучості та списки виробників. Допомогли мої консультанти. Я вибрав гелеві акумулятори фірми MHB модель MNG200-12.

Моє споживання 8-10 кВт. / год. в день. Я вирішив взяти акумулятори з розрахунку на два дні без вироблення електроенергії сонця. Зізнаюсь, я тоді упустив один дуже важливий показник. Довговічність акумулятора безпосередньо залежить від глибини розрядки, тобто якщо розряджати його не більше ніж на 30%, то «проживе»  він 1800 циклів, це приблизно на 5 років. Але якщо розряджати на 100%, то «проживе» він всього 350 циклів, близько року. Рік – це зовсім небагато.

Підключив вісім акумуляторів і вони накопичують приблизно 20 кВт. / год. Вже після запуску всього проекту у мене перегорів запобіжник перед будинком і ми дізналися про це тільки через два дні. Так що розрахунок на автономне живлення на два дні виправдався. А ось накопичення при 30% зарядці забезпечує всього 5-6 кВт. / год., що виявиться потім явно недостатнім для ефективної роботи в повністю автономному режимі.

Слід відзначити, що проблема накопичення сонячної енергії є сьогодні найскладнішою і дорогою у вирішенні. Багато хто чув про проект Елона Маска з акумуляторами. Якщо його акумулятори реально будуть жити 10 років при 100% перезарядки, це буде прекрасно. Мені б вистачило трьох таких. Але я поки не знайшов ніякої інформації про кількість циклів.

У серпні 2014 року схема підключення була готова і вибрано обладнання. До збірки станції приступили в жовтні. Приїхали хлопці з альпіністським обладнанням, забралися на дах і почали монтаж. Збирали і монтували майже місяць.

Всередині будинку я виділив місце на горищі. Там встановили контролер, інвертор, шафу для акумуляторів (протипожежну). Я запросив поставити автоматичну систему пожежогасіння і систему примусової вентиляції з датчиком.

Так само у мене є рубильник, яким я можу одним махом переключити весь будинок на міську лінію і повністю знеструмити сонячну електростанцію. Підстрахувався.

Коли все було змонтовано, в один день ми переключили рубильник,і будинок відключився від міської електромережі та  підключився до сонячної електричної станції!

Перший досвід

Отже, більшу частину року я забезпечую себе сонячною енергією з великим запасом. У травні 2015 року за місяць станція виробила 745 кВт. / год., будинок спожив 300 кВт. / год., більше 0,5 МВт. / год.  в плюс

Як бачите, в сонячний день станція видає приблизно 30-35 кВт. /год.., а споживаю я не більше 10 кВт. / год., тобто влітку я виробляю в 3 рази більше енергії, ніж мені необхідно.

Ось так виглядає графік сонячного дня 6 червня 2015 року. Станція починає давати енергію вже з  7-ї ранку. Пікове вироблення трохи більше чотирьох кіловат-годин і до 19 годин вечора працює генерація.

29 листопада 2015 року був похмурий день, низькі хмари. Вироблення склало всього 2 кВт. / год., приблизно 50% від необхідної мені енергії . А ось весь листопад 2015 року я  зміг себе забезпечити сонячною енергією всього на 40%.

Весь рік виглядає ось так. У серпні помилка в даних. У мене були проблеми з інтернетом поки ми були у відпустці і дані не зарахувалися. Але вироблення була краще липня.

Як ви бачите, я забезпечую себе на 100% в усі місяці крім 4 місяців з листопада по лютий. У ці місяці забезпечення становить 30-70%.

Підключення до міської електромережі

Протягом доби основна частина виробленої сонячної енергії припадає на середину дня. А основне споживання на ранок і вечір. Протягом року максимум генерації припадає на літо, а взимку генерація мінімальна.

Накопичувати сонячну енергію складно і дорого. Навіть протягом дня надлишок енергії нікуди накопичувати. Не кажу вже про те, щоб накопичити на зиму.

На початку ми запрограмували контролер таким чином, щоб він для будинку брав енергію або від сонця або від акумуляторів при розрядці не більш ніж 40%. У зимовий період такий режим роботи виявився вкрай неефективним. Та й в літній період такий режим використання акумуляторів виявився не найоптимальнішим. Я втрачав електроенергію вдень, ганяв батареї зайвими циклами.

І в цей момент я якось фізично усвідомив на скільки це велика проблема з накопиченням енергії. Я вирішив, що потрібно спробувати підключитися до міської мережі і навчитися крутити лічильник в обидві сторони. Підключення до міської мережі дозволяє використовувати місто як необмежений акумулятор. Будь-який надлишок скидати в нього в будь-який час і при необхідності забирати назад.

Я написав у соціальних мережах прохання познайомити мене з кимось із Енергетично підприємства. І о диво, мені дали контакти одного з директорів Янтарьенерго і я пішов до нього з проханням підключити мою сонячну електростанцію до міської електромережі і дозволити крутити лічильник в зворотному напрямку, коли я віддаю енергію місту.

Михайлов Леонід Олександрович, директор філії «Янтарьенерго» – прекрасна людина і професіонал. Уважно вислухав мене, здивувався всьому проекту, зрозумів з чим я прийшов. І він захотів мені допомагати! Причому відразу пояснив, що буде складно, структура велика, завдання нове, але варто спробувати. Я написав заяву на підключення і став чекати. Леонід Олександрович неодноразово дзвонив мені, пояснював на якому етапі знаходиться питання. Взагалі, такого уважного ставлення не зустрінеш з боку комерційних структур, а для великої держкорпорації це взагалі дивно. Коли справа дійшла до енергозбуту, я познайомився ще з однією прекрасною людиною, Олексієм Капиловим. Він теж доклав усіх зусиль, щоб підключити мене до міської мережі.

Всього п’ять місяців пішло на вироблення технічних умов з підключення. І ось в серпні на порозі мого будинку з’явилася ціла бригада Янтарьенерго. Вони зняли старий лічильник і підключили новий, сертифікований крутитися в обидві сторони.

Як з’ясувалося, перетік в міську мережу виконується дуже просто. У міській мережі напруга 220 В. Мій контролер надлишки енергії віддає в мережу з напругою більше 220 В (237 В здається) і електрончики перетікають з моєї мережі в міську, як вода в сполучених посудинах. Виявилося, що не потрібно міняти обладнання на підстанціях або взагалі в міській мережі (місто може приймати енергію!), просто поставили новий лічильник і розмикач (захист на випадок аварійнихвідключень).

Мені сказали, що у мене перший будинок в Росії, який офіційно скидає електроенергію в міські мережі. Дивно, звичайно, якщо це так. Але і радісно, ​​якщо це так. Сподіваюся, що мої технічні умови стануть в нагоді і дозволять інших підключати значно простіше.

Поки немає ще затверджених тарифів на покупку енергії у таких,  як я. Оскільки це все монополії, тому затверджувати тарифи складно. Але я і не чекаю, що мені хтось заплатить. Найголовніше для мене сталося. Лічильник крутиться в обидві сторони і місто стало моїм другим акумулятором.

З поточних проблем з підключенням до міської мережі поки залишився тільки курйозний момент. Я не можу занести в облікову систему енергозбуту актуальні значення лічильника. В акті на підключення в кінці серпня у мене було зазначено число 14011. Через пару місяців вже було 13350, що говорить про те, що я генерував енергії більше, ніж споживав. Але обліковий софт не розуміє зменшення і мені доводиться вводити поки початкове значення лічильника, щоб отримувати нульові рахунки за електрику. Ну і рахунки ще не приходять з нулем, якась автоматика виставляє про запас. Тут є ще над чим працювати.

Оптимальна конфігурація

Можливість підключення до міської мережі принципово змінює стратегію проектування сонячної електростанції.

Після підключення до міської мережі ми перепрограмували контролер. Тепер я не використовую акумулятори для накопичення сонячної енергії. Надлишок сонця відразу скидається в міську мережу. Коли сонця не вистачає, енергія береться з міської мережі. Акумулятори використовуються тільки на випадок аварійних відключень електроенергії. У такому режим очікування вони спокійно пропрацюють 20 років і не потребуватимуть заміни.

Оптимальна конфігурація при наявності технічних умов підключення до міської мережі буде включати в себе всього два компоненти: сонячні панелі і інвертор. Всього цього по ідеї досить, щоб зробити сонячну електростанцію і жити на сонячній енергії. Інвертор сам вміє влаштовувати перетікання в міську мережу. Вартість всього проекту вийде на 50-60% дешевше. Відповідно окупність проекту значно прискориться. У такого підключення буде тільки один недолік, він не буде забезпечувати будинок безперебійним і резервним енергопостачанням. Але в міській мережі це не так важливо, напевно.

Економічна рентабельність

Мене неодноразово запитували, чи окупиться колись мій проект, чи ні. Я думаю, що саме мій проект повністю не окупиться ніколи. Він зроблений не для економії. Ну і я місцями сильно прагадав через відсутність досвіду. Хоча, за старим курсом покупки і в умовах підключення до міста, у нього є шанс окупитися за 10 років.

Сонячні батареї розраховані на десятиліття. Втрата ефективності з часом незначна. Треба тільки не забувати їх протирати, я роблю це раз на рік. На все обладнання гарантія так само років десять. Акумулятори я навчився економно використовувати завдяки підключенню до міста.

Я впевнений, що можна зробити економічно рентабельне підключення, особливо якщо скидати енергію в місто. Панелі та інвертор, ось і все що потрібно. 5-7 років буде цілком досяжний цикл окупності.

Можливо, в майбутньому з’являться більш ефективні сонячні пластини або більш надійні акумулятори.

Через півтора року

Пройшла друга зима, як працює моя електростанція, тепер уже підключена до міської мережі. Завдяки тому, що я з вересня крутив лічильник у зворотний бік, встиг трохи «запасти» для зими. 13 березня 2016 року показання лічильника – 15080. На вході в зиму було приблизно 13000. Виходить, що я витратив потужність 2000 кВт . /год.  за зимовий період, приблизно по 500 кВт . / год.  на місяць мені не вистачало в листопаді-лютому. У березні я вже вийду в плюс і почну крутити лічильник у зворотний бік.

Жителі нашої планети щодня зустрічають схід Сонця, не замислюючись, яким щастям вони обдаровані. Його колосальної енергії вистачить, щоб забезпечити не тільки теплом, але і електрикою всіх споживачів. Залишилася справа за малим – створити сонячні електростанції навколо Землі. Адже наша зірка в навколоземному просторі світить цілодобово, а густина не розсіяної атмосферою енергії в 15 разів більше. Єдина проблема полягає в тому, як доставити електроенергію з орбіти на поверхню планети.

Майбутнє космічної енергетики – сонячні електростанції

Думка про виведення на орбіту енергогенеруючих потужностей не нова. Вперше її опублікував в пресі російський вчений П.А.Варваров. Підтримав його думку американський колега П.Є. Гпейзер. В результаті сформувалася концепція, що має свої переваги і недоліки.

Для початку необхідно розробити надійні конструкції, доставити їх на орбіту і розгорнути там. Ефективність і рентабельність функціонування сонячних компонентів буде забезпечена в тому випадку, якщо площа перетворювачів тепла в електрику складе 100 кв. км. і більше. Але, щоб вивести тисячі тонн елементної бази електростанції, необхідно стільки ж рейсів “Протонів”, “Шатл” та інших кораблів. Сьогодні це просто нереально. Тим більше, американські «човники» не виправдали своїх надій і припинили свою роботу.

Інша проблема, яким чином постачати електричну енергію на Землю? Ще в 1965 році спробували передати порцію електрики з однієї вершини гори на сусідню. Її вистачило на живлення  гірлянди лампочок. Лише до кінця XXI століття, можливо, вдасться здійснити транспортування близько 100 Тетра Ватт, що можна порівняти з потужністю Ніагарського водоспаду. Технологічні можливості змінюються занадто швидко. Однак швидкість таких перетворень все-таки недостатня для оптимістичного майбутнього орбітальних електростанцій.

Після успішних пілотованих американських і безпілотних радянських вояжів на Місяць, коли ті й інші доставили зразки місячного каменю, виникла альтернатива навколоземних генераторам. Вчені задумалися над темою систем електропостачання, розташованих на поверхні природного сателіта. Справа в тому, що ґрунт нашого супутника  хороший будівельний матеріал і може стати джерелом енергії для космічних баз.

Приймаючи до уваги всі наведені факти, фахівці розглядають три варіанти, коли сонячні електростанції забезпечуватимуть Землю з космічного простору. Один з них розрахований на будівництво кількох сотень сонячних енергопідприємств потужністю до 10 тис. Мвт. на геостаціонарній орбіті. На Місяці встановлюється гірниче обладнання для розробки породи. Там же виробляються елементні складові станцій і доставляються на орбіту за допомогою кораблів, двигуни яких використовують паливо на основі місячного ґрунту. Маса селенових апаратів виявиться в десятки разів менше, що знадобилося б для виконання такого ж обсягу робіт наземних аналогів.

Інший варіант передбачає будівництво великих СВЧ-систем з фотоелектричними трансформаторами. Якщо потужність станції становитиме 1 ГВт., то розміри випромінюючих комплексів досягнуть 100 км. На орбіті Селени будуть розташовані відбивачі сонячної енергії, а на навколоземній – СВЧ-відбивачі, які ретранслюватимуть енергію на Землю. Розгортання станцій загальною потужністю до 10 ТВт. затягнеться на термін 30 років. За цей час необхідно переробити до 300 млн. тонн місячної породи і побудувати до 200 млн. тонн споруд на орбітах Землі і Місяця.

Третій варіант розрахований на промислову розробку ізотопу гелію, який буде переправлятися на Землю для використання в термоядерних реакторах або використовуватися на місячних станціях. У цих випадках виробництво гелію супроводжується попутнім виготовленням цінної сировини:  водню, метану, азоту та інших необхідних елементів.

Основні віхи у розвитку космічної енергоіндустріі

Хід освоєння найближчого космосу в енергетичних цілях розрахований на кілька етапів. З 2000 по 2015 рік проводилися теоретичні дослідження з енергетичного постачання деяких районів планети з космосу і розрахунок можливості пілотованих польотів на Місяць з метою облаштування поселення з 10 чоловік. На земній низькій орбіті заплановано створити сонячні електростанції потужністю до 1 МВт. Такі системи виводяться в космос за допомогою ракет-носіїв типу “Енергія”. Дві подібні електростанції забезпечать світлом кілька поселень в районах Крайньої Півночі та Сибіру. Вони можуть замінити сучасні ізотопні радіомаяки, метеостанції. Енергія повинна накопичуватися в акумуляторних батареях і передаватися через СВЧ-пристрої на Землю.

З 2015 по 2030 рік планується  здійснити проект нічного освітлення заселеної поверхні планети, подачу електроенергії в райони стихійного лиха і на транспортні засоби. Після 2030 року заплановано поліпшення місячної інфраструктури системи енергопостачання і повне задоволення в енергії потужностей планетарного масштабу.

Можливі наслідки розвитку космічної енергетики

Всі проекти, які розглядають космічну альтернативу земної енергетики торкаються проблеми безпеки для природи і людини. Передача енергії сьогодні можлива за допомогою СВЧ-хвиль і лазерів.

Перші набагато ефективніші. Їх ККД більший і вони простіші, ніж лазерні системи. Але СВЧ-пучок створює в атмосфері іонізованих канал, небезпечний для всього живого, на відміну від світлового променя лазера. Вчені сподіваються, що з часом будуть знайдені механізми з нейтралізації шкідливого впливу високоенергетичних випромінювачів і, навіть, вони принесуть користь у вигляді знищення небезпечних фреонів, що є однією з причин «парникового» ефекту і інших негативних явищ.

Сонячні електростанції значно знизять екологічне навантаження, що виникає в результаті роботи атомних, теплових і гідроелектростанцій.